Hintergrund und Zielsetzung

In Europa werden jährlich rund. 20 Mio. Tonnen Stickstoff (N) in Form von synthetischen N-Düngern und organischen Wirtschaftsdüngern auf Agrarböden ausgebracht. Ein erheblicher Teil davon wird in Oberflächen- und Grundwässer ausgetragen und gefährdet damit das Schutzgut Wasser. Während die landwirtschaftlich induzierten Stickstoffüberschüsse in Grund- und Oberflächengewässer verfrachtet werden, mindert die Denitrifikation im Boden und Grundwasserraum diese Fracht. Die Denitrifikation ist daher für den Schutz des Grundwassers und den Schutz von Oberflächengewässern vor Eutrophierung sehr bedeutsam. Ebenso ist die Denitrifikation wichtig, um Emissionen des Treibhausgases N₂O aus aquatischen Systemen („indirekte N₂O-Emissionen“) zu steuern. Ziel unseres Projekts ist, durch Messung von gelöstem N₂ aus der Denitrifikation im Grundwasser (N₂/Ar-Methodik) die bisher verfügbaren Modellergebnisse zur Denitrifikation im Boden und im Grundwasser (DENUZ und WEKU, Kunkel und Wendland 1997, 2006) zu validieren. Wir wollen außerdem neue Ergebnisse über die indirekte N₂O Emission durch Denitrifikation im Grundwasser ableiten.    

Zielgruppe

Wissenschaft, Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Fachöffentlichkeit im Bereich Wasserversorger, Landwirtschaft und Umweltschutz.

Vorgehensweise

Im Rahmen des Projektes haben wir in Niedersachsen 612 Grundwassermessstellen beprobt. Wir haben die Hauptparameter des Grundwassers analysiert. Die während der Verweilzeit im Grundwasser abgelaufene Denitrifikation haben wir mittels der N₂/Ar-Methode quantifiziert. Die N₂/Ar-Methode basiert darauf, gasförmige Reaktionsprodukte der Denitrifikation in Grundwasserproben zu messen. An ausgewählten Messstellen wird das Grundwasseralter bestimmt (Helium-Tritium-Methode). Aus diesen Daten werden sowohl Denitrifikationsraten im Grundwasser als auch der Nitrateintrag berechnet. Die erhobenen Daten haben wir in einer Datenbank aufbereitet und in ArcGIS georeferenziert. Die modellierten Nitrateinträge (DENUZ) und der modellierte Nitratabbau auf der Grundwasserfließstrecke (WEKU) haben wir mit den Projektdaten verglichen und bewertet. Darauf aufbauend passen wir abschließend die Modelle an.

Unsere Forschungsfragen

Zum Vergleich der N₂/Ar-Methode mit DENUZ:

• Sind die mit DENUZ modellierten Nitrateinträge mit den Ergebnissen der N₂/Ar-Methode vergleichbar?
• Welchen Einfluss hat der Messstellenausbau auf die Vergleichbarkeit gemessener und modellierter Werte?
• Gibt es regionale Unterschiede in der Übereinstimmung zwischen modellierten Nitrateinträgen ins Grundwasser und der N₂/Ar-Methode?
• Welchen Einfluss hat die Heterogenität der Bodeneigenschaften und/oder der Landnutzung auf die Vergleichbarkeit von Modell und Messung?

Zum Vergleich der N₂/Ar-Methode mit WEKU:

• Wie ist die Übereinstimmung der modellierten und des gemessenen Nitratabbaus im Grundwasser?
• Welchen Einfluss haben verschiedene Aquifertypen auf die Vergleichbarkeit von Modell und Messung?